JP2008303705A - 制震構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】 制震装置の正加力、負加力の増幅倍率を均等にするとともに、騒音・振動・粉塵の発生を抑えて効率的に施工できる制震構造物を提供することである。
【解決手段】 制震構造物１は、建物２の柱３と梁４とからなる架構５と同じ形状の外枠８と、該外枠８の一方の対角部に後端が回転自在に設置された第１ブレース２１および第２ブレース２２の先端部に、外枠８の他方の対角部の一方から伸びたダンパー２５の先端部が接続されてなる可変ブレース機構９とから制震装置６が構成され、該制震装置６が建物２の各階の柱と梁とからなる架構５に左右対称に設置されたことである。
【選択図】 図１

Description

本願発明は建物の柱と梁とからなる架構に制震装置を設置した制震構造物に関するものである。

近年、頻繁に発生する地震により、多くの建物が被害を受けている。このような地震に対処するために、新築の建物は耐震性を配慮した設計がなされている。一方、既存建物の多くは耐震性が劣るため、後から制震構造物（または耐震構造物）に改築しているのが現状である。また特開２００２−１０６２０３号公報の発明は、鉄筋コンクリート造の制震構造物の一例を示し、既存建物の柱と梁とで囲まれた架構内に制震装置を設置したものである。この制震構造物は、制震装置の外枠内に設置された可変ブレース機構によって、建物の層間変形よりも大きな変位量と速度とをダンパーに作用させて地震による振動エネルギーを効率的に吸収して、建物の減衰性能を向上させようとするものである。この制震装置は、外枠から突出したスタッドボルトと柱および梁から突出したアンカー筋とが、架構と外枠との間の間隙部に重ね配筋され、この間隙部に割裂補強筋（スパイラル筋）が配筋されて設置されていた。
特開２００２−１０６２０３号公報

しかし、上記の制震装置は、図１４に示すように、制震装置の増幅倍率が大きくなると正加力、負加力で増幅倍率の相違が大きくなるという問題点があった。また制震装置を架構内に設置する際に大きな騒音および振動が発生するとともに、多くの粉塵も発生する他、施工効率が悪いという問題もあった。

本願発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、制震装置の正加力、負加力の増幅倍率を均等にするとともに、騒音・振動・粉塵の発生を抑えて効率的に施工できる制震構造物を提供することである。

以上の課題を解決するための制震構造物は、建物の柱と梁とからなる架構と同じ形状の外枠と、該外枠の一方の対角部に後端が回転自在に設置された第１ブレースおよび第２ブレースの先端部に、外枠の他方の対角部の一方から伸びたダンパーの先端部が接続されてなる可変ブレース機構とから制震装置が構成され、該制震装置が建物の各階の柱と梁とからなる架構に左右対称に設置されたことを特徴とする。また制震装置は架構内面との間に適宜間隙部をもって設置され、該間隙部には、柱面および梁面から突出されたアンカー筋または鋼管コッターと、外枠から突出されたスタッドボルトとが重ね配置されて、モルタルが充填されたことを含む。また制震装置は架構内面との間に適宜間隙部をもって設置され、該間隙部には充填材が充填されたことを含む。また制震装置は架構を構成する柱と梁の外面または内面に適宜間隙部をもって設置され、該間隙部には、柱および梁の外面または内面から突出されたアンカー筋または鋼管コッターと、外枠から突出されたスタッドボルトとが重ね配置されて、モルタルが充填されたことを含む。また制震装置の外枠は、四つ角部に位置した連結部材と、これらの連結部材を繋ぐ一対の横フレームと一対の縦フレームとから構成されたことを含む。また制震装置の外枠は、第１ブレースの後端が接続された第１連結部材と、該第１連結部材の対角に位置して第２ブレースの後端が接続された第２連結部材と、ダンパーの後端が接続された第３連結部材と、第１連結部材と第３連結部材とを繋ぐ横フレームと、第３連結部材と第２連結部材とを繋ぐ縦フレームと、第２連結部材と第１連結部材とを繋ぐＬ形フレームとから構成されたことを含むものである。

制震装置の外枠内に設置された可変ブレース機構で建物の層間変形よりも大きな変位量と速度とをダンパーに作用させることにより、地震による振動エネルギーを効率的に吸収して建物の減衰性能を向上させることができる。また制震装置が建物の各階の柱と梁とからなる架構に左右対称に設置されたことにより、制震装置の正加力、負加力の増幅倍率を均等にすることができる。また制震装置を、柱と梁とからなる架構に騒音・振動・粉塵の発生を抑えて設置することができる。また狭い間隙部への割裂補強筋の配筋が省略できるため工期の短縮を図ることができる。また制震装置の外枠における一方の横フレームと縦フレームとを、他方の横フレームと縦フレームよりも軽量かつ簡潔な構成にすることができる。また制震装置の外枠における一方の縦横フレームを省略し、必要な箇所のみに縦横フレームを設置したことにより、制震装置を簡潔に構成できる。

以下、本願発明の制震構造物の実施の形態について説明する。各実施の形態において同じ構成は同じ符号を付して説明し、異なった構成は異なった符号を付して説明する。

図１は第１の実施の形態の制震構造物１であり、この制震構造物１は既存の鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の建物２における柱３と梁４とで囲まれた架構５内に制震装置６が設置されて構成されている。この制震装置６は、制震装置６が設置される範囲において設定した中心軸７を中心にして左右対称になるように設置される。この中心軸は各階ごとの架構や、柱などに設定される。そのため制震装置６の設置箇所は建物２の大きさや形状、補強すべき箇所などによって決められ、図１に示す設置箇所に限定されるものではない。

この制震装置６は、図２に示すように、架構５よりやや小さな外枠８と、該外枠８内に設置された可変ブレース機構９とから構成されている。この外枠８は架構５より小さいため架構５との間に適宜間隙部１１が形成され、この間隙部１１に外枠８から突出したスタッドボルト１０と、柱面２６および梁面２７から突出した鋼管コッター（またはアンカー筋）１２とが重ね配置され、これらが間隙部１１に充填された繊維モルタル１３で一体的に接合されている。なお、この繊維モルタル１３の他に、モルタルを使用することもできるが、その場合はスタッドボルト１０と鋼管コッター１２との間にスパイラル筋を配筋するものとする。

この鋼管コッター１２は、回転式コアドリルで柱２および梁３に削孔した孔１４に挿入されて接着剤１５で固定されている。この孔１４は深さが柱筋および梁筋１６の手前までしかないため、これらの鉄筋１６を傷付けず、しかも騒音・振動・粉塵の発生を抑えて形成することができる。また鋼管コッター１２はアンカー筋よりも大径で、一本あたりの剛性および耐力が大きいので、アンカー筋よりも少ない本数で十分な補強効果を得ることができる。

外枠８は四つ角部に位置したＬ字形の連結部材１７と、これらの連結部材１７を繋ぐ一対の縦横フレーム１８、１９とから構成され、この縦横フレーム１８、１９は連結部材１７の両端から伸びたフレーム材（Ｈ形鋼）１８ａ、１９ａ同士が連結プレート２０で接合されて構成されている。

上記の外枠８内に設置された可変ブレース機構９は、後端が第１連結部材１７ａに回転自在に接合された第１ブレース２１と、後端が第２連結部材１７ｂに回転自在に接合された第２ブレース２２と、これらのブレース２１、２２の先端が回転自在に接合されたヒンジ機構２３に、ロッド２４の先端部が回転自在に接合されたダンパー（油圧ダンパー）２５とから構成され、該ダンパー２５の後端が第３連結部材１７ｃに回転自在に接合されている。したがって、地震で外枠８が変形すると、第１および第２ブレース２１、２２も変形してダンパーのロッド２４を伸縮させることにより振動エネルギーが吸収される。

次に、この制震構造物の構築工法について説明する。はじめに図３の（１）に示す制震装置６を製造する。そして、同図の（２）に示すように、架構５内における柱面２６と梁面２７とに回転式コアドリルで孔１４を適宜間隔ごとに削孔する。この孔１４は柱筋および梁筋１６の手前までの深さとする。

次に、この孔１４に接着剤１５を充填して鋼管コッター１２を差し込むと、この鋼管コッター１２が接着剤１５で固定されて架構内面から突出される。この鋼管コッター１２は一本あたりの剛性および耐力がアンカー筋よりも大きいため、アンカー筋より少ない本数となる。

次に、図４に示すように、制震装置６を架構５内に仮設置すると、該架構５と外枠８との間の間隙部１１に、スタッドボルト１０と鋼管コッター１２とが交互に配置されるとともに、鋼管コッター１２が二本のスタッドボルト（外枠の両側に立設されたスタッドボルト）１０の間に配置される。そして、この間隙部１１の両側を型枠２８で塞いで繊維モルタル１３を充填し、これが硬化した後に型枠２８を解体すると、図５に示すように、制震装置６が架構５内に固定される。

このような方法によって、制震装置６を建物２の各階の架構５に、中心軸を中心にして左右対称に設置する。この中心軸７は制震装置６を設定すべき範囲、すなわち建物２の所定の範囲（補強すべき範囲）における中心に設定すべきものであり、建物全体における中心ではない。この制震装置６の左右対称の設置は、図６の（１）に示すように、可変ブレース機構９におけるダンパー２５が中心軸７側に伸びた状態、すなわち互いに向き合った位置になるようにするものである。このように設置すると制震装置６の正加力、負加力の増幅倍率を均等にすることができるとともに、どの方向から作用する地震にも対応することのできるようになる。なお、この制震装置６の左右対称の設置は、図６の（２）に示すように、可変ブレース機構９におけるダンパー２５が外側に伸びた状態、すなわち中心軸７より離れた位置になるようにすることもできる。

このような設置作業を順次繰り返して、建物２の一階から三階における架構５に制震装置６を設置すると、図１に示すような制震構造物１が構築されるが、制震装置６をどの架構５に設置するかは、その建物２の形状、大きさおよび補強すべき箇所に応じて決定するものとし、上記以外の箇所に設置することもできる。

図７は制震装置を補強の必要な箇所に設置した制震構造物１である。これは各階における補強の必要な架構５に制震装置６を設置したものであり、架構５を構成する柱２に中心軸をとって左右対称に設置している。

図８は第２の実施の形態の制震構造物３０である。この制震構造物３０は制震装置３１の外枠３２における左側の縦フレーム１８と下側の横フレーム１９とが、Ｈ形鋼ではなく平板のＬ形フレーム３３で形成されて、第４連結部材１７ｄが省略されたものであり、これ以外は第１の実施の形態の制震構造物１と同じ構成である。この外枠３２は、図９に示すように、第１〜第３連結部材１７ａ、１７ｂ、１７ｃと縦横フレーム１８，１９とからなるフレーム３４と、この対向位置のＬ形フレーム３３とから構成されたものである。このようにＨ形鋼のフレーム３４の対向位置に平板のＬ形フレーム３３を設けても、可変フレーム機構９の機能を正常に発揮することができる。この制震装置３１も上記と同様に建物２の架構５内に設置され、設置すべき範囲における中心軸７を中心にして左右対称に設置される。また鋼管コッター１２を用いて上記と同じ方法で設置される。

この制震構造物３０の場合にも、制震装置６をどの架構５に設置するかは、その建物の形状、大きさおよび補強すべき箇所に応じて決定するものとし、上記以外の箇所、例えば図７に示すように設置することもできる。

図１０は第３の実施の形態の制震構造物３５である。この制震構造物３５は制震装置６を、架構５を構成する柱３と梁４の外面３６に設置したものであり、これ以外は第１の実施の形態の制震構造物１と同じ構成である。上記の制震装置６は外枠８が柱３と梁４の外面３６に適宜間隙部３７をもって設置され、この間隙部３７に外枠８の背面から突出したスタッドボルト１０と、柱３と梁４の外面３６から突出した鋼管コッター１２とが重ね配置され、これらが間隙部３７に充填された繊維モルタル１３で一体的に接合されたものである。この鋼管コッター１２は、上記と同じように回転式コアドリルで柱３と梁４の外面３７に削孔した孔１４に挿入されて接着剤１５で固定されたものであり、この孔１４の深さが柱筋および梁筋１６の手前までとなっている。この制震装置６も架構５を構成する柱３と梁４の外面３６に設置され、補強すべき架構に左右対称に設置されるものであり、建物２の形状、大きさおよび補強すべき箇所に応じて設置位置が決められる。なお、本実施の形態においては制震装置６を柱３と梁４の外面３６に設置したが、これに限らず柱と梁の内面に設置することもできる。

上記の第３の実施の形態の制震構造物３５は第２の実施の形態の制震構造物３０にも適用することができ、その構築工法も上記と同じ方法で行うものとする。

図１１は第４の実施の形態の制震構造物３８である。この制震構造物３８は可変ブレース機構９のブレース２１、２２およびダンパー２５が外枠８のガセットプレート３９に回転自在に接続された制震装置４０が使用されたものであり、それ以外は第１の実施の形態の制震構造物１と同じ構成である。

また図１２に示すように、外枠を使用せずにガセットプレート４１、４２のみで制震装置４３を架構５に設置する場合は、左右対称に設置される制震装置４３が共通のガセットプレート（四隅においては一枚板）４１、４２で設置される。この場合、ブレース２１、２２が接続されたガセットプレート４１は、ダンパー２５が接続されたカセットプレート４２よりも大きくかつ板厚も厚くなる。

上記の制震構造物３８の場合にも、制震装置３７、４３をどの架構５に設置するかは、その建物２の形状、大きさおよび補強すべき箇所に応じて決定するものとし、上記以外の箇所に設置することもできる。

図１３は第５の実施の形態の制震構造物４３である。この制震構造物４３は制震装置６を鋼管コッター１２およびスタッドボルトを使用せずに、接着剤などの充填材４４で架構内に固定したものであり、それ以外は第１の実施の形態の制震構造物１と同じ構成である。これは制震装置６を架構５内に設置した際に形成された外枠と架構内面との間の隙間４５に充填材４４を充填するものである。

この制震構造物４３の場合にも、制震装置６をどこに設置するかは、その建物２の形状、大きさおよび補強すべき箇所に応じて決定するものである。

なお、上記の実施の形態においては、制震装置６を既存の鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の建物２に設置した制震構造物１について説明したが、新築の鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の建物２に設置することもできる。

第１の実施の形態の制震構造物の正面図である。 （１）は制震装置の断面図、（２）は（１）のＡ−Ａ断面図、（３）は連結部材の斜視図である。 （１）は制震装置の正面図、（２）は架構の断面図である。 制震装置を架構内に設置する断面図である。 制震装置を架構内に連続して設置した断面図である。 （１）および（２）は制震装置を左右対称に設置した断面図である。 その他の制震構造物の正面図である。 第２の実施の形態の制震構造物の正面図である。 （１）は制震装置の断面図、（２）は（１）のＢ−Ｂ断面図、（３）は連結部材の斜視図である。 （１）は第３の実施の形態の制震構造物の正面図、（２）は（１）のＣ−Ｃ断面図である。 第４の実施の形態の制震構造物の正面図である。 制震装置をガセットプレートで架構に設置した制震構造物の正面図である。 （１）は第５の実施の形態の制震構造物の正面図、（２）は（１）のＤ−Ｄ断面図である。 （１）および（２）は制震装置の増幅倍率の変化を示すグラフ図である。

符号の説明

１、３０、３５、３８、４４ 制震構造物
２ 建物
３ 柱
４ 梁
５ 架構
６、３１、４０、４３ 制震装置
７ 中心軸
８、３２ 外枠
９ 可変ブレース機構
１０ スタッドボルト
１１、４１ 間隙部
１２ 鋼管コッター
１３ 繊維モルタル
１４ 孔
１５ 接着剤
１６ 梁筋
１７ 連結部材
１７ａ 第１連結部材
１７ｂ 第２連結部材
１７ｃ 第３連結部材
１７ｄ 第４連結部材
１８ 縦フレーム
１９ 横フレーム
２０ 連結プレート
２１ 第１ブレース
２２ 第２ブレース
２３ ヒンジ機構
２４ ロッド
２５ ダンパー
２６ 柱面
２７ 梁面
２８ 型枠
３３ Ｌ形フレーム
３４ フレーム
３６ 柱と梁の外面
３７ 間隙部
３９、４１、４２ ガセットプレート
４５ 充填材
４６ 隙間

Claims (6)

1. 建物の柱と梁とからなる架構と同じ形状の外枠と、該外枠の一方の対角部に後端が回転自在に設置された第１ブレースおよび第２ブレースの先端部に、外枠の他方の対角部の一方から伸びたダンパーの先端部が接続されてなる可変ブレース機構とから制震装置が構成され、該制震装置が建物の各階の柱と梁とからなる架構に左右対称に設置されたことを特徴とする制震構造物。
2. 制震装置は架構内面との間に適宜間隙部をもって設置され、該間隙部には、柱面および梁面から突出されたアンカー筋または鋼管コッターと、外枠から突出されたスタッドボルトとが重ね配置されて、モルタルが充填されたことを特徴とする請求項１に記載の制震構造物。
3. 制震装置は架構内面との間に適宜間隙部をもって設置され、該間隙部には充填材が充填されたことを特徴とする請求項１に記載の制震構造物。
4. 制震装置は架構を構成する柱と梁の外面または内面に適宜間隙部をもって設置され、該間隙部には、架構を構成する柱と梁の外面または内面から突出されたアンカー筋または鋼管コッターと、外枠から突出されたスタッドボルトとが重ね配置されて、モルタルが充填されたことを特徴とする請求項１に記載の制震構造物。
5. 制震装置の外枠は、四つ角部に位置した連結部材と、これらの連結部材を繋ぐ一対の横フレームと一対の縦フレームとから構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の制震構造物。
6. 制震装置の外枠は、第１ブレースの後端が接続された第１連結部材と、該第１連結部材の対角に位置して第２ブレースの後端が接続された第２連結部材と、ダンパーの後端が接続された第３連結部材と、第１連結部材と第３連結部材とを繋ぐ横フレームと、第３連結部材と第２連結部材とを繋ぐ縦フレームと、第２連結部材と第１連結部材とを繋ぐＬ形フレームとから構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の制震構造物。

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